快速反應智能安全監控系統的設計與實(shí)現

　　隨著(zhù)人們生活水平的提高以及安全防范意識的加強，視頻監控系統得到了廣泛應用。目前的監控多以PC機為主，只能起到簡(jiǎn)單的視頻記錄功能，同時(shí)需要配備專(zhuān)人監視屏幕。對于一些少有人出入的重要場(chǎng)所，通過(guò)人工方式對屏幕監控是一件麻煩的事情，而且PC機還需要配備大容量的硬盤(pán)來(lái)保存所有視頻圖像，硬盤(pán)使用量極大。針對這種情況，本文設計了一個(gè)無(wú)人值守的監控系統。系統在無(wú)人進(jìn)入監視范圍時(shí)不保存視頻圖像，當有人進(jìn)入監視范圍時(shí)才啟動(dòng)視頻記錄程序，同時(shí)自動(dòng)快速捕獲人臉，利用模式識別與圖像處理技術(shù)對人臉特征進(jìn)行分析，提取其特征量并與人臉庫中的特征量進(jìn)行匹配，判斷是否為非法人員，如果是則進(jìn)行報警，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )提醒遠程監控中心注意監視。對于平時(shí)很少有人出現的場(chǎng)合，利用該監控系統可以減少數據容量，減少監控人員，而且不會(huì )擔心錯過(guò)監視對象。本系統是在原有一代產(chǎn)品的基礎上對硬件電路設計及軟件算法上進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)踐證明系統的反應速度、識別處理速度等都有了較大提高。
1 系統概述
　　攝像機在主控系統的控制下工作，在沒(méi)有移動(dòng)目標進(jìn)入的情況下，攝像機的數據不存儲。當拍攝到有人進(jìn)入后，主控系統立即控制攝像機對非法進(jìn)入指定區域的人體進(jìn)行跟蹤，并在跟蹤過(guò)程當中對人臉定位并快速準確地獲取其面部圖像，同時(shí)啟動(dòng)錄像功能；然后通過(guò)一系列的數字圖像處理方法對面部圖像進(jìn)行分析、處理，確定是否為非法入侵，如果是則啟動(dòng)報警系統。利用多個(gè)這樣的子系統可組成一個(gè)監控網(wǎng)絡(luò )，各個(gè)子系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與監控中心連接。因各個(gè)子系統具有智能監控功能，所以監控中心只配備一個(gè)值守人員即可監控20個(gè)以上的監控點(diǎn)，大大減少了人員的使用。
2 系統硬件組成
　　由于該系統處理的數據量較大，且要求實(shí)時(shí)性強，故采用DSP和FPGA相結合的方法，加上圖像數據采集芯片以及存儲芯片，構成核心圖像處理單元。同時(shí)配備有本地報警模塊、網(wǎng)絡(luò )傳輸等，從而構成了一個(gè)完整的監控系統。系統組成框圖如圖1所示。與原有系統相比，本系統作了如下改進(jìn)：把原來(lái)只作為數據緩沖處理的FPGA設計為主控芯片，控制數據的輸入調理和輸出報警，而把DSP解放出來(lái)，專(zhuān)門(mén)用作圖像處理及傳輸。這樣可以提高數據的處理速度，從而提高系統的反應速度。

2.1 系統主要芯片的選用
　　(1)圖像采集芯片采用TVP5150。TVP5150是具備超低功耗、支持NTSC／PAL／SECAM等格式的高性能視頻解碼器。在正常工作時(shí)，它的功耗僅115 mW，通過(guò)設置內部寄存器，可以將模擬圖像信號轉換為YUV4:2:2格式的ITU-R BT.656數字信號，并直接送到DM642進(jìn)行處理。
　　(2)為提供系統的快速反應能力，圖像處理芯片的選擇尤為關(guān)鍵，綜合各方面的因素，DSP選用TI公司專(zhuān)用多媒體芯片TMS320DM642(簡(jiǎn)稱(chēng)“DM642”)。DM642基于C64x內核，可在720 MHz時(shí)鐘頻率下工作，每個(gè)指令周期可并行8條32 bit指令，能達到5 760 MIPS的峰值計算速度[6]。DM642采用了2級緩存結構(L1和L2)，大大提高了程序的運行速度。片內64 bit的EMIF(External Memory Interface)接口可以與SDRAM、Flash等存儲器進(jìn)行無(wú)縫連接，極大地方便了大量數據的搬移。此外，DM642還擁有3個(gè)專(zhuān)用的視頻端口(VP0～VP2)，用于接收、處理視頻和音頻數據，系統功能擴展十分方便。此外，DM642自帶的EMAC口以及從EMTF口擴展出來(lái)的ATA口，還為處理完成后產(chǎn)生的海量數據提供了存儲通道[5]。DM642需要外加SDRAM（4 M64 bit），用于存放程序和緩存數字視頻，以及FLASH（4 M8 bit），用于存放固化程序，以便進(jìn)行ROM引導。